JP3570750B2 - Hot wire anemometer - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は熱線風速計に関し、特に低消費電力及び耐雑音性の向上をはかるようにした熱線風速計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のブリッジ回路を用いた熱線風速計は図5にその一例を示すように、感温素子として例えば白金線1を用い、白金線1と抵抗R1,R2及び感温抵抗R3によってブリッジ回路2を構成し、白金線1が所定温度となる加熱抵抗値RH でブリッジ回路2を平衡させる。そしてブリッジ回路2の両辺の電圧を帰還増幅器3の一対の入力端に接続し、帰還増幅器3からブリッジ回路2にフィードバックし、白金線1を発熱させてブリッジを平衡状態とする。こうして白金線1の両端の電圧VH に応じて、白金線1を通過する流体の速度Uを次式(1)によって測定していた。
VH 2 /RH =(a+b√U)(TP −T)・・・(1)
ここでa,bは定数,TP は白金線1の温度、Tは風温、RH は白金線の加熱抵抗値である。この式から知られるように白金線1に印加される電圧VH の4乗が風速Uに比例している。そして温度補償のためにブリッジの一辺に風速素子と同じ温度係数を持つ感温素子R3を組み込んで、風温Tが変化しても熱放散量、即ち白金線1の温度TP と風温Tの差(TP −T)が常に一定となるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の熱線風速計においては、帰還増幅器3から常にブリッジ回路2に帰還電流を供給しているため、消費電流が多いという欠点があった。又白金線1を含むプローブを熱線風速計本体から離して動作させる場合には、ケーブルで本体とプローブを接続する必要があり、このケーブルに誘導等の外部雑音を受け易いという欠点があった。熱線風速計を携帯型として電池を電源として動作させるためには、消費電流を減少させると共に外部雑音の影響を受け難くすることが必要となる。
【0004】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、低消費電力で外部雑音を受け難い熱線風速計を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1の発明は、一辺にセンサとなる熱線を含んで構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力をブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、帰還増幅器の出力を一定の周期で断続してブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、帰還増幅器から出力が定常状態になるまでの時間幅のパルス信号を出力する定常状態判別手段と、定常状態判別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とするものである。
【0006】
本願の請求項2の発明は、一辺にセンサとなる熱線を含んで構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力をブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、帰還増幅器の出力を一定の周期で断続してブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、帰還増幅器から得られる信号を所定レベルで弁別した信号を出力する弁別手段と、弁別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とするものである。
【0007】
【作用】
このような特徴を有する本発明によれば、センサを含むブリッジ回路と帰還増幅器を設け、帰還電流断続手段によってブリッジ回路に加える帰還電流値を断続している。そして請求項1の発明では、定常状態判別手段によって帰還増幅器の出力が定常値となるまでの時間幅を検出し、その時間幅に基づいて風速値に変換して出力している。又請求項2の発明では、断続された帰還増幅器の出力を弁別手段によって所定レベルで弁別し、そのパルスの時間幅に基づいて風速値に変換して出力するようにしている。
【0008】
【実施例】
図1は本発明の第1実施例による熱線風速計の一例を示すブロック図である。本図において前述した従来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例ではブリッジ回路2は従来例と同様に、固定抵抗R1,R2、温度補償用の感温抵抗R3とセンサである熱線、例えば白金線1によって構成されている。このブリッジ回路2の抵抗R1,R3の共通接続点及び抵抗R2と白金線1との共通接続点は、帰還増幅器3の入力端に接続される。帰還増幅器3の出力は定常状態判別回路4に接続され、更にアナログスイッチ5の入力端に接続される。このアナログスイッチ5はクロック発振器6からのクロック信号によって入力を断続するものであり、その出力は帰還電流としてブリッジ回路2の抵抗R1,R2の共通接続端に与えられる。これらのブロックが熱線風速計のプローブ内に収納されている。ここでクロック発振器6及びアナログスイッチ5は帰還増幅器の出力を一定の周期で断続してブリッジ回路に加える帰還電流断続手段を構成している。
【0009】
さて定常状態判別回路4の出力はケーブル7を介して熱線式風速計本体内の波形整形回路8に与えられる。波形整形回路8はケーブル7等で加わる可能性のあるノイズ成分を除去して、定常状態判別回路4より得られる矩形波信号を再生するものであり、その出力は時間幅検出器9に与えられる。時間幅検出器9は波形整形回路の矩形波信号を時間信号に変換するものであって、所定周期の高速クロック信号を計数するカウンタ等によって構成される。この時間幅信号は風速変換器10に与えられる。風速変換器10はあらかじめ校正されている風速と時間幅との関係から得られた時間幅の信号を風速値に変換するものであって、時間幅の入力に対応して風速値を出力するROMテーブルによって構成される。風速変換器10の出力は表示器11に出力される。
【0010】
次に本実施例の動作についてタイムチャートを参照しつつ説明する。図2(a)はクロック発振器6からのクロック信号を示している。このクロック発振器6の出力がHレベルの期間t1〜t2,t3〜t4・・・では、アナログスイッチ5は閉成状態となって帰還増幅器3の出力がそのまま帰還信号となり、電源としてブリッジ回路2に入力される。ここでクロック信号の立上り時刻t1までは白金線1には通電されていないため、時刻t1に高いレベルの電圧が印加されることとなり、そのときの風速に対応する時定数の時間の後に定常状態に達する。そして定常状態に達した後、クロック発振器6からのクロック信号がLレベルに反転するt2,t4・・・には、ブリッジ回路3への帰還電流が停止され、電源の供給がなくなる。このようにクロック発振器6のクロック周期に応じてブリッジ回路2を断続的に駆動することによって、帰還増幅器3の電圧出力波形は図2(b)に示すように変化するものとなる。ここで定常状態判別回路4は定常状態に達するまでの時間幅を有するパルスを図2(c)に示すように出力するものである。この信号はケーブル7を介して風速センサ本体側に伝えられる。そして波形整形回路8を介して波形整形され、時間幅検出器9によってその時間が検出される。時刻t1〜t5の間ではこの定常状態に達するまでの時間幅はTaとなる。又時刻t6〜t10の間はこれより風速が大きく、このとき定常状態に達するまでの時間幅Tbとなっている。
【0011】
さてこの定常状態に達するまでの時間Ta,Tb・・・と風速Uとの関係は図3のようにほぼ二乗の関係で示される。これは実験の結果得られたデータであり、風速と時間幅Tとの関係が風速変換器10aのROMに保持されている。従ってこの時間幅Ta,Tb・・・を入力とすることによって、風速変換器10でこのときの風速値Ua,Ubに変換されて出力されることとなり、この信号が表示器11に表示される。このように断続的にブリッジ回路2を駆動することによって熱線風速計の消費電流を小さくすることができる。又本実施例ではアナログ信号でなく図2(c)に示すような矩形波のパルス信号でプローブからケーブル7を介して熱線風速計本体側に信号を伝送している。このためこの信号に雑音が重畳する場合にも波形整形回路8によって波形整形すれば、雑音の影響を極めて小さくすることが可能となる。
【0012】
図4は本発明の第2実施例による熱線風速計の構成を示すブロック図である。本図において前述した第1実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例は定常状態判別回路4に代えて弁別回路20を設けたものである。この弁別回路20は帰還増幅器3の出力を所定の閾値Vref で弁別し、矩形波信号を出力するものとする。その他の構成はほぼ第1実施例と同様であり、この矩形波に変換された信号がケーブル7を介して熱線風速計本体側に伝送される。本体側には波形整形回路8,時間幅検出器9が設けられ、このとき得られる時間幅の信号が風速変換器21に与えられる。風速変換器21は帰還増幅器3の出力を所定の閾値で弁別したときに得られる時間幅Tc,Td・・・と風速値とを対応付けて風速に変換する変換テーブルを記憶するメモリである。このメモリのデータはあらかじめ実験によって求めておくものとする。こうして時間幅に対応して読出された風速値のデータを表示器11に入力される。
【0013】
次に本実施例の動作について説明する。図2(a)は第1実施例と同様にクロック発振器の出力であり、これによって帰還増幅器3からは図2(d)に示す信号が出力される。この信号も第1実施例の図2(b)と同一である。この帰還増幅器の出力は所定の閾値Vref によって弁別され、図2(e)に示す信号として出力される。この信号は第1実施例と同様にケーブル7を介して本体側に伝えられ、このとき得られる時間幅Tc,Tdが風速変換器21によって風速値Uc,Udに変換され、表示器11によって表示される。図3(b)はこのときの風速Uと時間幅との関係を示すグラフである。この場合にも風速Uと時間幅Tとは図3に示すように二乗曲線で示されることとなる。
【0014】
この場合にも同様にして断続的にブリッジ回路を駆動しているため、消費電流を少なくすることができ、又ノイズの影響を受け難い熱線風速計とすることができる。このように図3(a),(b)は時間幅と風速とがほぼ二乗の関係で示されるため、式(1)で示される従来の電圧及び風速の関係に比べて分解能が増し、風速測定の精度を向上させることもできる。
【0015】
尚第1,第2実施例において、クロック発振器6のデューティ比を小さくすれば更に低消費電力化が図れるが、風速検出の応答性が低下する。従ってこのデューティ比を適宜変化させることによって、消費電流の低下と応答性の向上とを任意に選択することができる。
【0016】
又前述第1,第2実施例ではアナログスイッチの開放時にも帰還増幅器3には通電しているが、アナログスイッチ5の出力を定常状態判別回路4又は弁別回路20に入力してもよい。更にクロック発振器6の出力によって帰還増幅器3の電源を断続するようにしてもよい。この場合にはアナログスイッチ5を設けることなくプローブを構成することができる。
【0017】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項1,2の発明によれば、従来の熱線風速計に比べ断続的にブリッジ回路を駆動しているため、消費電流を大幅に低減することができる。更に熱線風速計のプローブ部と本体部とが離れており、その間を接続するケーブルを延長した場合にも、外部からの雑音の影響を受け難い熱線風速計とすることが可能である。又時間幅と風速は二乗の関係で示されるため、風速測定の精度を向上させることができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による熱線風速計の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1,第2実施例による熱線風速計の動作を示すタイムチャートである。
【図3】(a)は第1実施例、(b)は第2実施例による時間幅と風速との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の第2実施例による熱線風速計の構成を示すブロック図である。
【図5】従来の熱線風速計の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 白金線
2 ブリッジ回路
3 帰還増幅器
4 定常状態判別回路
5 アナログスイッチ
6 クロック発振器
7 ケーブル
8 波形整形回路
9 時間幅検出器
10,21 風速変換器
11 表示器
20 弁別回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a hot-wire anemometer, and more particularly to a hot-wire anemometer designed to improve low power consumption and noise resistance.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 5, a conventional hot wire anemometer using a bridge circuit uses, for example, a
V H 2 / R H = ( a + b√U) (T P -T) ··· (1)
Here a, b are constants, the T P temperature of the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional hot-wire anemometer has a drawback that the current consumption is large because the feedback current is always supplied from the
[0004]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide a hot-wire anemometer with low power consumption and less susceptibility to external noise.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a bridge circuit configured to include a heating wire serving as a sensor on one side, a feedback amplifier which receives a voltage difference between both sides of the bridge circuit as input, and feeds back a differential amplified output to the bridge circuit. Feedback current intermittent means for intermittently applying the output of the feedback amplifier at a constant cycle to the bridge circuit, discriminating means for outputting a signal obtained by discriminating a signal obtained from the feedback amplifier at a predetermined level, and time for output from the discriminating means. It is characterized by comprising a time width detecting means for detecting the width, and a wind speed converting means for converting a signal of the time width obtained from the time width detecting means into a wind speed value.
[0007]
[Action]
According to the present invention having such features, the bridge circuit including the sensor and the feedback amplifier are provided, and the feedback current value applied to the bridge circuit is interrupted by the feedback current interrupting means. According to the first aspect of the present invention, the time interval until the output of the feedback amplifier reaches a steady value is detected by the steady state determining means, and the output is converted into a wind speed value based on the time interval and output. According to the second aspect of the present invention, the output of the intermittent feedback amplifier is discriminated at a predetermined level by the discriminating means, and is converted into a wind speed value based on the time width of the pulse and output.
[0008]
【Example】
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a hot-wire anemometer according to a first embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those of the above-described conventional example are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In this embodiment, the
[0009]
The output of the steady
[0010]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to a time chart. FIG. 2A shows a clock signal from the
[0011]
The relationship between the time Ta, Tb... Until the steady state is reached and the wind speed U is represented by a substantially squared relationship as shown in FIG. This is data obtained as a result of the experiment, and the relationship between the wind speed and the time width T is stored in the ROM of the wind speed converter 10a. Therefore, by inputting the time widths Ta, Tb,..., The wind speed converter 10 converts the time widths into the wind speed values Ua, Ub at this time and outputs the values. This signal is displayed on the display 11. . By driving the
[0012]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a hot-wire anemometer according to a second embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In this embodiment, a
[0013]
Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 2A shows the output of the clock oscillator as in the first embodiment, whereby the signal shown in FIG. 2D is output from the
[0014]
In this case as well, since the bridge circuit is driven intermittently in the same manner, the current consumption can be reduced, and a hot-wire anemometer that is hardly affected by noise can be obtained. As shown in FIGS. 3A and 3B, since the time width and the wind speed are represented by a substantially squared relationship, the resolution is increased as compared with the conventional relationship between the voltage and the wind speed represented by Expression (1), and the wind speed is increased. Measurement accuracy can also be improved.
[0015]
In the first and second embodiments, if the duty ratio of the
[0016]
In the first and second embodiments, the
[0017]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first and second aspects of the present invention, since the bridge circuit is driven intermittently as compared with the conventional hot-wire anemometer, the current consumption can be greatly reduced. Further, even when the probe portion and the main body of the hot-wire anemometer are separated from each other and the cable connecting them is extended, the hot-wire anemometer can be hardly affected by external noise. Further, since the time width and the wind speed are represented by a square relationship, the effect of improving the accuracy of the wind speed measurement can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hot wire anemometer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing the operation of the hot wire anemometer according to the first and second embodiments of the present invention.
3A is a graph showing a relationship between a time width and a wind speed according to a first embodiment, and FIG. 3B is a graph showing a relationship between a time width and a wind speed according to a second embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a hot wire anemometer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional hot-wire anemometer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力を前記ブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の出力を一定の周期で断続して前記ブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、
前記帰還増幅器から出力が定常状態になるまでの時間幅のパルス信号を出力する定常状態判別手段と、
前記定常状態判別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、
前記時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とする熱線風速計。A bridge circuit including a heating wire serving as a sensor on one side;
A feedback amplifier that receives a voltage difference between both sides of the bridge circuit as input, and feeds back a differential amplified output to the bridge circuit;
Feedback current interrupting means for interrupting the output of the feedback amplifier at a constant cycle and adding to the bridge circuit;
Steady state determining means for outputting a pulse signal having a time width until the output becomes a steady state from the feedback amplifier,
Time width detection means for detecting the time width of the output from the steady state determination means,
A wind speed converting means for converting a signal of a time width obtained from the time width detecting means into a wind speed value.
前記ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力を前記ブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の出力を一定の周期で断続して前記ブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、
前記帰還増幅器から得られる信号を所定レベルで弁別した信号を出力する弁別手段と、
前記弁別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、
前記時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とする熱線風速計。A bridge circuit including a heating wire serving as a sensor on one side;
A feedback amplifier that receives a voltage difference between both sides of the bridge circuit as input, and feeds back a differential amplified output to the bridge circuit;
Feedback current interrupting means for interrupting the output of the feedback amplifier at a constant cycle and adding to the bridge circuit;
Discriminating means for outputting a signal obtained by discriminating a signal obtained from the feedback amplifier at a predetermined level,
Time width detecting means for detecting the time width of the output from the discriminating means,
A wind speed converting means for converting a signal of a time width obtained from the time width detecting means into a wind speed value.
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